LED恒流驅(qū)動器件MOSFET選擇
以上討論的是MOSFET ON狀態(tài)時電阻的選擇,在MOSFET OFF狀態(tài)時為了保證柵極電荷快速瀉放,此時阻值要盡量小.通常為了保證快速瀉放,在Rg上可以并聯(lián)一個二極管.當瀉放電阻過小,由于走線電感的原因也會引起諧振(因此有些應(yīng)用中也會在這個二極管上串一個小電阻),但是由于二極管的反向電流不導通,此時Rg又參與反向諧振回路,因此可以抑制反向諧振的尖峰.這個二極管通常使用高頻小信號管1N4148.
MOS開關(guān)管損耗:不管是NMOS還是PMOS,導通后都有導通電阻存在,這樣電流就會在這個電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導通損耗.選擇導通電阻小的MOSFET會減小導通損耗.現(xiàn)在的小功率MOSFET導通電阻一般在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有.
MOSFET導通和截止的時候,一定不是在瞬間完成的.MOSFET兩端的電壓有一個下降的過程,流過的電流有一個上升的過程,在這段時間內(nèi),MOSFET管的損耗是電壓和電流的乘積,叫做開關(guān)損耗.通常開關(guān)損耗比導通損耗大得多,而且開關(guān)頻率越快,損失也越大.在LED恒流源設(shè)計中要注意頻率的選擇,降低損耗但也要兼顧雜聲的出現(xiàn).
導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損耗也就很大.縮短開關(guān)時間,可以減小每次導通時的損耗;降低開關(guān)頻率,可以減小單位時間內(nèi)的開關(guān)次數(shù).這兩種辦法都可以減小開關(guān)損耗.
輸出的要求:因為MOSFET一般都連接著感性電路,會產(chǎn)生比較強的反向沖擊電流.另外一個需要注意的問題是對瞬間短路電流的承受能力,對于高頻SMPS尤其如此.瞬間短路電流的產(chǎn)生通常是由于驅(qū)動電平脈沖的上升或下降過程太長,或者傳輸延時過大,瞬間短路電流會顯著降低電源的效率,是MOSFET發(fā)熱的原因之一.
估算結(jié)區(qū)溫度:一般來說,即使源極/漏極電壓超過絕對的最大額定值,功率 MOSFET 也很少發(fā)生擊穿.功率 MOSFET 的擊穿電壓 (BVDSS) 具備正向的溫度系數(shù).因此,溫度越高,擊穿器件所需的電壓越高.在許多情況下,功率 MOSFET 工作時的環(huán)境溫度超過 25℃,其結(jié)區(qū)溫度會因能量耗散而升至高于環(huán)境溫度.
當擊穿真正發(fā)生時,漏極電流會大得多,而擊穿電壓甚至比實際值還要高.在實際應(yīng)用中,真正的擊穿電壓會是額定低電流擊穿電壓值的 1.3 倍.
盡管非正常的過壓尖峰不會導致器件擊穿,但為了確保器件的可靠性,功率MOSFET 的結(jié)區(qū)溫度應(yīng)當保持于規(guī)定的最大結(jié)區(qū)溫度以下.器件的穩(wěn)態(tài)結(jié)區(qū)溫度可表達為:
T_{J}=P_{D}R_{ JC}+T_{C}
其中,T_{J}:結(jié)區(qū)溫度;T_{C}:管殼溫度;P_{D}:結(jié)區(qū)能耗;R_{ JC}:穩(wěn)態(tài)下結(jié)區(qū)至管殼的熱阻.
不過在很多應(yīng)用中,功率 MOSFET 中的能量是以脈沖方式耗散,而不是直流方式.當功率脈沖施加于器件上時,結(jié)區(qū)溫度峰值會隨峰值功率和脈沖寬度而變化.在某指定時刻的熱阻叫做瞬態(tài)熱阻,并由下式表達: Z_{ JC}(t)=r(t) R_{ JC}
這里,r(t)是與熱容量相關(guān),隨時間變化的因子.對于很窄的脈沖,r(t)非常小;但對于很寬的脈沖,r(t)接近1,而瞬態(tài)熱阻接近穩(wěn)態(tài)熱阻.
有時輸入電壓并不是一個固定值,它會隨著時間或者其他因素而變動.這個變動導致PWM電路提供給MOSFET管的驅(qū)動電壓是不穩(wěn)定的.為了讓MOSFET管在高gate電壓下安全,很多MOSFET管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強行限制gate電壓的幅值.在這種情況下,當提供的驅(qū)動電壓超過穩(wěn)壓管的電壓,就會引起較大的靜態(tài)功耗.同時,如果簡單的用電阻分壓的原理降低gate電壓,就會出現(xiàn)輸入電壓比較高的時候,MOS管工作良好,而輸入電壓降低的時候gate電壓不足,引起導通不夠徹底,從而增加功耗.
MOSFET導通時需要是柵極電壓大于源極電壓.而高端驅(qū)動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同,所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V.4V或10V是常用的MOSFET的導通電壓,設(shè)計時需要選擇合適.合適的門電壓會使得導通時間快,導通電阻小. 目前市場上也有低電壓驅(qū)動MOSFET,但耐壓都較低,可以選擇用在串接要求不是很高的場合.
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